田间作业车辆外部加速度辨识与姿态测量系统研制

复杂田间作业环境与精细作业效果要求农机装备具备实时精准感知农机具姿态的能力,田间作业时普遍存在的车辆外部加速度对此带来挑战。为进一步提高农机装备作业质量,该文以6轴微惯性传感器为硬件传感器,以方向余弦矩阵法进行姿态解算,基于一阶外部加速度模型设计卡尔曼滤波融合算法,实现动态情况下田间作业车辆外部加速度辨识与姿态精准估计。分别采用Innova 2100型摇床与装配有MTi300航向姿态参考模块的高地隙喷雾机对系统进行试验验证。摇床试验结果表明:在外部加速度小于10g情况下,系统对外部加速度辨识误差小于0.214 m/s2;田间作业高地隙喷雾机试验结果表明,相比于MTi300,横滚角最大误差为0.23?,俯仰角最大误差为0.39?。说明该文研制姿态测量系统可准确辨识外部加速度与测量姿态,研究结果可为满足精细农业作业要求的姿态测量系统研发提供依据。     

基于深度学习的无人机水田图像语义分割方法

为高效获取水田信息提高精准农业应用水平,提出一种基于深度学习的无人机水田图像语义分割方法。首先,采集无人机水田图像并制作一套高分辨率水田数据集,使用双边滤波去除图像噪声;然后,通过调整编码器获取更为细致的田块边界特征信息;最后,改进解码器融合更多浅层特征并采用深度可分离卷积解耦图像深度信息与空间信息,获得改进网络结构的DeepLabv3+模型。试验结果显示,改进模型的像素精度和平均交并比分别为96.04%和85.90%,与原始模型相比提升2.09%和4.66%;与典型的UNet、SegNet和PSPNet语义分割模型相比,各项指标均有不同程度的提高。本文方法能够实现准确、高效的水田分割,为进一步获取水田边界定位信息和构建高精度农田地图提供重要基础。     

水稻芽种精量成穴直播试验研究

水稻是我国重要的粮食作物,稻米消费量与需求量大.为探索粮食高效生产途径,设计了2BD-10型水稻芽种精量成穴直播机.通过在湖南省的生产试验表明:该机为实现播栽功能体现的排种和开沟起垄特性,能保证精量播种和良好的水稻通风透光性能,有助于提高粮食产量和降低稻种的消耗.同时还表明,水稻直播破胸有助于保证本田基本苗数和产量.     

农机具姿态倾角测量系统设计与试验

农机具姿态倾角测量技术是实现农机装备精准作业的关键技术之一。为进一步提高农机装备作业质量,以ADIS16445微惯性MEMS传感器和STM32F446核心处理器搭建硬件平台,以欧拉角法解算姿态,建立卡尔曼滤波模型融合加速度计与陀螺仪信息,实现农机具姿态倾角的精准测量。融合算法模型考虑陀螺仪零偏特性,并根据MEMS微传感器运动特性,自适应模型误差协方差矩阵Q与R,适应不同工况下农机具姿态倾角测量。采用SGT320E三轴多功能转台与BD982双天线定位测姿模块对系统进行测试与验证。三轴多功能转台试验结果表明,ADIS16445内置陀螺仪与加速度计性能合格,满足系统设计硬件要求;卡尔曼滤波融合模型精准有效,倾角静态测量误差精度为0.15°,动态测量精度典型值为0.3°,最大测量误差为0.5°。田间作业试验结果表明,自适应模型能保证农机具姿态倾角测量系统在不同工况下的测量精度,更稳定可靠,测量平均误差为0.55°。该文研究的农机具姿态倾角测量系统可满足农机装备精准作业要求。     

成熟期油菜茎秆力学特性试验研究

为了给高效、低耗油菜联合收割机切割装置的设计提供理论依据,以"湘杂油743"成熟期茎秆为试验材料,分别测定其弹性模量E、剪切弹性模量G、剪切力F和含水率.试验结果表明:成熟期油菜茎秆弹性模量E稳定在160MPa,剪切弹性模量G稳定在11kPa;油菜茎秆的弹性模量和剪切弹性模量随茎秆含水率的减小而增大,第1分支处的剪切力随含水率的下降而先上升后下降,最大值为115N.同时,拟合了本品种茎秆直径随沿轴线高度变化的关系方程,并得到第一分支处的平均直径为11.09mm.     

基于推杆电动机的拖拉机液压悬挂控制系统

设计的拖拉机液压悬挂自动控制系统包括推杆电动机、传动机构和控制单元ECU等。控制单元ECU实时接收上位机决策控制指令,控制推杆电动机驱动拖拉机液压悬挂的提升器,调整作业机具至适宜的位置。设计了双阈值斜坡启动和反馈PI算法相结合的PWM电动机控制方法,启动阶段以前馈斜坡输入控制为主,使推杆电动机可以平稳且快速地启动;主体运行阶段以PI反馈控制为主,以提高控制速度和精度。采用C语言实现整个控制系统编程,包括电动机反馈信号的AD转换采集、电动机的PID控制、上下位机的CAN通讯以及串口通讯等内容。试验测试结果表明,前馈斜坡启动方式可以较好地避免电动机启动时的瞬间冲击电流;当死区阈值设置为10(AD)时,最大误差范围为±11(AD),体现在推杆电动机上的行程误差为±0.26 mm,满足拖拉机液压悬挂系统的自动操纵控制要求。     

基于改进Mask R-CNN的水稻茎秆截面参数检测方法

针对人工测量、统计作物茎秆显微切片图像中维管束数目、面积等关键参数主观性强、费时费力、效率低的问题,提出一种基于图像处理的水稻茎秆截面参数自动检测方法。首先构建了一个基于改进Mask R-CNN网络的水稻茎秆切片图像分割模型。网络以MobilenetV2和残差特征增强及自适应空间融合的特征金字塔网络为特征提取网络,同时引入PointRend增强模块,并将网络回归损失函数优化为IoU函数,最优模型的F1值为91.21%,平均精确率为94.37%,召回率为88.25%,平均交并比为90.80%,单幅图像平均检测耗时0.50s,实现了水稻茎秆切片图像中大、小维管束区域的定位、检测和分割;通过边缘检测、形态学处理及轮廓提取,实现茎秆截面轮廓的分割提取。本文方法可实现对水稻茎秆截面面积、截面直径,大、小维管束面积,大、小维管束数量等6个参数的自动检测,检测平均相对误差不超过4.6%,可用于水稻茎秆微观结构的高通量观测。     

雷沃ZP9500高地隙喷雾机的GNSS自动导航作业系统设计

为减少农药喷雾作业对人体造成的化学损害,该研究以雷沃高地隙喷杆喷雾机为平台,基于GNSS开发了自动导航作业系统,实现喷雾机在极少人工干预情况下的自动导航作业。通过对平台的机-电-液改造,实现了喷雾机作业系统的电气化控制。基于简化的二自由度车辆转向模型设计了以位置偏差和航向偏差为状态变量的直线路径跟踪控制算法,基于纯追踪模型设计了曲线路径跟踪控制算法。根据喷雾机田间作业需要设计了喷雾机一体化自动导航作业控制方法,使系统能够自动控制喷雾机完成直线、地头转弯行驶和喷雾作业,油门调节以及车辆启停控制。在1.3 m/s左右的前进速度条件下,分别在水泥路面、旱田、水田环境中进行了试验,测试结果表明:水泥路面车身横滚在–1.6?~1.5?范围,直线路径跟踪误差最大值为3.9 cm,平均值为-0.15 cm,标准差为1.0 cm;旱田地块车身横滚在–1.4?~3.3?范围,跟踪误差最大值为9.8 cm,平均值为1.3 cm,标准差为3.3 cm;水田环境车身横滚在–2.4?~5.2?范围,跟踪误差最大值为17.5 cm,平均值为2.2 cm,标准差为4.4 cm。试验数据表明,所设计的自动导航作业系统初始上线快速、地头转弯对行平顺、各设计功能执行可靠;导航系统具有良好的稳定性和控制精度,能够满足水田、旱田环境下的喷雾作业要求。     

“新工科”背景下现代测试技术线上线下混合教学与实践研究

文章针对“新工科”背景下高等院校工程人才培养模式探索,以“现代测试技术”专业课程教学实践为基础,基于江西农业大学工学院农业机械化及其自动化和机械设计制造及其自动化专业本科生问卷调查,分别开展线下传统教学和线上线下混合教学研究,重点分析了本科生混合教学中课程实际状况,明确了教学模式的优缺点,并从学校管理、教师角色改变和学生思想转变等角度提出要求,分析了高等院校在混合式教学模式中所面对的困境和难题,可为“新工科”建设背景下的课程建设和教学改革提供参考。     

电动遥控履带式果园喷药车的设计

为提高果园施药自动化水平,采用汽油发电机作为动力源,直流无刷伺服电机作为运动执行器,设计了电动遥控履带式喷药车。与传统差速转向履带式车相比较,电动履带式喷药车速度控制更精准,遥控作业更灵活。试验结果表明:所设计的电动履带式喷药车可完成30°斜坡爬坡及30m直线行进,直线偏差在1°以内,空旷地块遥控距离可达8km,树林内遥控可达1km,具有较高的实用性,具备应用推广价值。